JP2024124124A - 連続鋳造用浸漬ノズル - Google Patents

Abstract

【課題】鋳型内の溶鋼の流動の偏りを抑制することができる浸漬ノズルを提供する。【解決手段】タンディッシュから供給された溶鋼を鋳型に吐出して、スラブを連続鋳造するためのスラブ連続鋳造用浸漬ノズルであって、浸漬ノズルはタンディッシュから供給された溶鋼を受け取る直胴部と、溶鋼を鋳型に供給する吐出部と、直胴部及び吐出部を接続する接続部とを備えており、吐出部は４つの吐出孔を有しており、吐出部は、幅方向の中央に配置され、タンディッシュから供給された溶鋼を各領域に分配する内部障壁と、各領域の側壁及び内部障壁の間であって、内部障壁によって分配された前記溶鋼である分岐流が流れる分岐流流路と、分岐流流路を通過した分岐流をさらに分配し、少なくとも３つの吐出孔に供給する分配ブロックと、を有する、浸漬ノズルである。【選択図】図３

Description

本願は溶鋼の連続鋳造においてタンディッシュからモールドへの給湯に用いる浸漬ノズルに関する。

タンディッシュからモールドへの給湯に用いる浸漬ノズルにおいて、鋳造速度が３ｍ／ｍｉｎを超え５～８ｍ／ｍｉｎに達する高速鋳造条件が薄スラブ連続鋳造などで用いられる。このような高速鋳造条件が適用される場合、モールド内湯面の乱れを防止する観点から下向きの大きな角度で溶鋼を注入する必要がある。加えて、吐出流の持つ運動エネルギーを鋳型内で消散させる観点から、吐出孔を多孔化するなどして吐出孔面積を拡大する必要がある。

これらの要求に応じて、従来様々な形状の浸漬ノズルが提案されている。例えば、特許文献１～５に開示されているように、浸漬ノズルの下部に吐出孔が４孔以上配置される多孔ノズルが提案されている。あるいは、特許文献６、７に開示されているように、内部に障壁を設けることによって浸漬ノズル内の下降流の流速を低減したり、下降流を複数の吐出孔に円滑に分配したりする工夫が知られている。

特表２００４－５１４５６２号公報 特開平８－３９２０８号公報 特許第３１８６０６８号公報 特許第４５８０１３５号公報 特許第４５４２６３１号公報 特許第３４０８８８４号公報 特許第６６６６９０８号公報

本発明者らは水モデル実験を用いた研究を実施し、その結果、従来技術には以下の課題があることが分かった。

浸漬ノズル内の下降流には、タンディッシュから浸漬ノズルへの給湯量を制御するストッパーあるいはスライディングゲートといった流路絞り機構などの影響を受けて、不安定な揺らぎ（流れの偏りや偏り状態の変動）が生じる。その下降流の揺らぎの影響を受けて、多孔吐出孔への流量分配が変動する。その結果、鋳型内流動が不安定に揺らぐ（左右への偏流や状態の変動が生じる）のである。そうすると、製造されるスラブの表面に欠陥が生じる。

多孔吐出孔への流量分配を安定させるには、吐出孔面積を縮小し浸漬ノズル内圧を高めればよいが、そうすると多孔化本来の目的である吐出流速の低減効果が損なわれる。このように、多孔吐出孔への流量分配と吐出流速の低減の両立が難しいことが、従来技術の問題点であった。

本発明は、かかる技術的課題を克服するべく成されたものであり、浸漬ノズル内部構造の工夫により吐出流分配に対するセルフスタビライジング機能を付加し、鋳型内の溶鋼の
流動の偏りを抑制することができる浸漬ノズルを提案するものである。

本発明は上記課題を解決するための一つの態様として、タンディッシュから供給された溶鋼を鋳型に吐出して、スラブを連続鋳造するためのスラブ連続鋳造用浸漬ノズルであって、浸漬ノズルはタンディッシュから供給された溶鋼を受け取る直胴部と、溶鋼を鋳型に供給する吐出部と、直胴部及び吐出部を接続する接続部とを備えており、浸漬ノズルは軸中心を通る厚さ方向平面で分割された２つの領域を備えており、吐出部は底部と、底部の外縁から高さ方向に延びる側壁とを有し、吐出部は４つの吐出孔を有しており、吐出孔は吐出部の底部であって、各領域において幅方向に並んで２つ配置されており、吐出部は、幅方向の中央に配置され、タンディッシュから供給された溶鋼を各領域に分配する内部障壁と、各領域の側壁及び内部障壁の間であって、内部障壁によって分配された溶鋼である分岐流が流れる分岐流流路と、内部障壁よりも底部側であって、各領域において分岐流流路を通過した分岐流をさらに分配し、少なくとも３つの吐出孔に供給する分配ブロックと、を有し、各領域に配置された２つの吐出孔のうち、幅方向外側に配置された吐出孔を外側吐出孔とし、幅方向内側に配置された吐出孔を内側吐出孔としたとき、分岐流流路のうち何れか一方を閉塞させた場合においては、分岐流流路が閉塞された領域に配置されている内側吐出孔から吐出される溶鋼の流量が、分岐流流路が閉塞されていない領域に配置されている内側吐出孔から吐出される溶鋼の流量よりも大きい特性を有し、各領域において、外側吐出孔を形成する壁面の角度から規定される外側吐出角度α１が下向４０°～下向７５°の間にあり、かつ内側吐出孔を形成する壁面の角度から規定される内側吐出角度α２との関係が（１）式を満たし、
－５°≦α２－α１≦１５°・・・（１）
外側吐出孔から吐出される溶鋼の吐出流量Ｑ１と内側吐出孔から吐出される溶鋼の吐出流量Ｑ２との関係が（２）式を満たし、
０．１≦Ｑ２／Ｑ１≦１．０・・・（２）
浸漬ノズルを水平面に投影したときに、内部障壁の面積が直胴部の流路の面積よりも大きく、かつ、内部障壁のタンディッシュから供給された溶鋼を受ける側の面が凹部を備えていることを特徴とする、浸漬ノズルを提供する。なお、吐出角度（外側吐出角度α１及び内側吐出角度α２）は、厚さ方向視において、右側の領域については幅方向に対して時計回りの角度であり、左側の領域については幅方向に対して反時計回りの角度である。

本発明の連続鋳造用浸漬ノズルによれば、鋳型内における溶鋼の流動の偏りを抑制することができる。

一般的なスラブ連続鋳造装置の概略図である。 鋳型内の溶鋼流動に偏りが生じた様子を示す概略図である。 浸漬ノズル１００の軸中心Ｃを通る幅方向断面図である。 浸漬ノズル１００を上側から観察した平面図である。 浸漬ノズル１００を下側から観察した底面図である。 浸漬ノズル１００を水平面上に投影した投影図であって、流路１１及び内部障壁３４に着目した図である。 内部障壁３４の拡大図である。 吐出部３０の底部３１側の拡大図である。 実施例Ａの浸漬ノズルの幅方向断面図及び底面図である。 実施例Ｂの浸漬ノズルの幅方向断面図及び底面図である。 実施例Ｃの浸漬ノズルの幅方向断面図及び底面図である。 比較例Ｄの浸漬ノズルの幅方向断面図及び底面図である。 比較例Ｅの浸漬ノズルの幅方向断面図及び底面図である。 比較例Ｆの浸漬ノズルの幅方向断面図及び底面図である。 比較例Ｇの浸漬ノズルの幅方向断面図及び底面図である。 比較例Ｈの浸漬ノズルの幅方向断面図及び底面図である。 フルスケール水モデル実験の概略図である。 フルスケール水モデル実験において、水注入条件を絞りなしで行った場合の結果である。 フルスケール水モデル実験において、水注入条件を絞りありで行った場合の結果である。

図１に一般的なスラブ連続鋳造装置の概略図を示した。図１に示した通り、タンディッシュＴに貯留されている溶鋼Ｓが浸漬ノズルＮを介して、鋳型Ｍに供給される。そして、供給された溶鋼Ｓは鋳型Ｍにおいて徐々に冷却されつつ、引き出されることによりスラブが連続鋳造される。

タンディッシュＴから浸漬ノズルＮに供給される溶鋼Ｓの流量は、スライディングゲートやストッパー等の流路絞り機構によって調整される。一方で、流量が調整されることにより、浸漬ノズルＮ内の下降流に揺らぎや偏りが生じる。浸漬ノズルＮが多吐出孔を備える場合、下降流の揺らぎや偏りにより多孔吐出孔への流量分配が変動し、鋳型内の溶鋼の流動にも偏りが生じる。

図２に鋳型内の溶鋼流動に偏りが生じた様子を示す概略図を示した。図２のように、流路絞り機構によって溶鋼の流路が絞られると、浸漬ノズル内に偏流が生じる。そして、偏流が生じた溶鋼が鋳型内に吐出されると、鋳型内の溶鋼流動にも偏流が生じる。鋳型内に偏流が生じると、例えば湯面乱れや淀みといった問題が生じる。このような流動状態のままスラブを鋳造すると、製造されるスラブに表面欠陥が生じる。従って、鋳型内の溶鋼流動の偏りを抑制する技術が望まれている。鋳型内溶鋼流動の偏り抑制は、安定した鋳造操業にとっても重要である。

この問題に対し、本発明者らは実験的検討を進めた結果、下記の２つの要素を組み合わせることにより、多孔吐出孔を有する浸漬ノズルに有効な吐出流分配のセルフスタビライジング機能を付与することができることを見出した。第一の要素は、タンディッシュから流路絞り機構を経た下降流を左右に分配することができる内部障壁を設けることである。第二の要素は、第一段階の流量分配で生じた左右への偏りを補正する機構として、上記内部障壁の下に、第一の分配で流量分配が少なくなった側への分配が多くなるように流量を分配することができる分配ブロックを設けることである。

上記発見に基づき、本発明の浸漬ノズルおよび連続鋳造機が発明された。以下、本発明の連続鋳造用浸漬ノズルについて、一実施形態であり連続鋳造用浸漬ノズル１００（以下、単に「浸漬ノズル１００」ということがある。）を用いて詳しく説明する。

図３に一実施形態である浸漬ノズル１００の軸中心Ｃを通る幅方向断面図を示した。ここで、本明細書において、図３の左右方向を幅方向、上下方向を高さ方向、奥行き方向を厚さ方向という。

一実施形態はタンディッシュから供給された溶鋼を鋳型に吐出して、スラブを連続鋳造するためのスラブ連続鋳造用の浸漬ノズル１００である。浸漬ノズル１００は中空状であり、内部に溶鋼の流路が形成されている。

図３に示した通り、浸漬ノズル１００はタンディッシュから供給された溶鋼を受け取る直胴部１０と、溶鋼を鋳型に供給する吐出部３０と、直胴部１０及び吐出部３０を接続する接続部２０とを備えている。直胴部１０及び接続部２０は任意の部材であるが、通常、浸漬ノズルに備えられている。

浸漬ノズル１００は軸中心Ｃを通る厚さ方向平面で分割された２つの領域Ｒ１、Ｒ２を備えている。領域Ｒ１、Ｒ２は浸漬ノズル１００の説明のために便宜的に定められた領域である。浸漬ノズル１００において、領域Ｒ１と領域Ｒ２とは対称な形状であることが一般的である。

「軸中心Ｃ」は浸漬ノズル１００の幅方向の長さ及び厚さ方向の長さをそれぞれ２等分する平面の交線である。通常、軸中心Ｃは、直胴部１０、接続部２０、及び吐出部３０の中心を通る。各部材の中心とは、各部材の幅方向の長さ及び厚さ方向の長さをそれぞれ２等分する直線の交点である。

浸漬ノズル１００は軸中心Ｃを通る幅方向平面で分割された２つの領域Ｒ３、Ｒ４を備えていてもよい（図４参照）。浸漬ノズル１００において、領域Ｒ３と領域Ｒ４とは対称な形状であることが一般的である。また、浸漬ノズル１００において、領域Ｒ１と領域Ｒ２とが対称な形状であり、かつ、領域Ｒ３と領域Ｒ４とが対称な形状であることが一般的である。

＜直胴部１０＞
直胴部１０はタンディッシュから供給された溶鋼を受け取る部分である。図４に浸漬ノズル１００を上側から観察した平面図を示した。図４に示されている通り、直胴部１０はその内部に溶鋼の下降流が流れる一定形状の流路１１が形成されている。直胴部１０や流路１１の大きさは、目的に応じて適宜設定することができる。図４に示されている通り、通常、浸漬ノズル１００の各部材（直胴部１０、接続部２０、吐出部３０）の厚さ方向の長さは概ね一定であり、内部流路の厚さ方向の長さも概ね一定である。「概ね一定である」とは、製造上の誤差や都合（例えば、規定の長さ±１％以内）を含めることを意味する。例えば、製造上の都合により上端から下端にかけて若干のテーパーを付与することがある。

ここで、流路１１の幅方向の長さをＷ１１とし、水平面への投影面積をＳ１１とする。

直胴部１０の軸中心Ｃに垂直な断面形状は矩形である。ただし、本発明の浸漬ノズルにおいて、直胴部の断面形状は特に限定されず、円形や楕円形、多角形であってもよい。

＜接続部２０＞
接続部２０は直胴部１０及び吐出部３０を接続する部分であり、直胴部１０から吐出部３０まで溶鋼を流す流路を有している。接続部２０の形状は特に限定されない。図３において、接続部２０は直胴部１０から吐出部３０にかけてなだらかな傾斜を有している。

＜吐出部３０＞
吐出部３０は溶鋼を鋳型に供給する部分であり、厚さ方向視において直胴部１０側から底部３１側に向かって幅が広くなる略扇形形状を有している。また、吐出部３０は、幅方向の長さに対して厚さ方向の長さが短い扁平形状を有している。

吐出部３０は底部３１と、底部３１の外縁から延びる側壁３２とを有している。図３に示されている通り、底部３１が略扇形形状の弧に相当する領域を形成する部分である。側壁３２の一端は底部３１の外縁と接続しており、他端は接続部２０の外縁と接続している。側壁３２は吐出部３０の外側を形成する部材であるとともに、溶鋼の流路、例えば後述する外側吐出孔３３ａａ、３３ｂａ及び分岐流流路３５の形成に寄与する。吐出部３０の略扇形形状は内部流路の構成や吐出孔３３の角度に応じて適宜設定してよい。

図５に浸漬ノズル１００を下側から観察した底面図を示した。図５に示した通り、吐出部３０は４つの吐出孔３３を有している。吐出孔３３の数が４つである理由は、吐出孔面積を増やすことで吐出流速を低減することができるため、吐出孔の数は多いほどよいが、吐出孔の数が多すぎると浸漬ノズル外形寸法の拡大を招きコストや操業上の取り扱いに問題が生じるためである。これらの事項を考慮すると、吐出孔の数は４つがよい。また吐出孔の数は偶数がよい。吐出孔の数が奇数であると左右の対称性を維持する観点から幅中央部の吐出孔は真下を向くことになる。ここからの真下に向いた吐出流は他の吐出孔からの吐出流と干渉し鋳型内流動の不安定さを招くことから奇数の吐出孔数は好ましくない。

また、吐出孔３３は吐出部３０の底部３１であって、各領域Ｒ１、Ｒ２において幅方向に並んで２つ配置されている。図５のように吐出孔３３は幅方向に向かって直線上に並んでいてもよい。図５では、吐出孔３３の形状は底面視の矩形である。ただし、本発明の浸漬ノズルにおいて、吐出孔の形状はこれに限定されず、円形や楕円形、多角形であってもよい。

ここで、各領域Ｒ１、Ｒ２にそれぞれ配置された２つの吐出孔３３のうち、幅方向外側に配置された吐出孔３３をそれぞれ外側吐出孔３３ａａ、３３ｂａとし、幅方向内側に配置された吐出孔３３をそれぞれ内側吐出孔３３ａｂ、３３ｂｂとする。

図３に戻って、吐出部３０の構成についてさらに説明する。吐出部３０は、幅方向の中央に配置され、タンディッシュから供給された溶鋼（下降流）を各領域Ｒ１、Ｒ２に分配する内部障壁３４と、各領域Ｒ１、Ｒ２の側壁３２及び内部障壁３４の間であって、内部障壁３４によって分配された溶鋼（分岐流）が流れる分岐流流路３５と、内部障壁３４よりも底部３１側であって、各領域Ｒ１、Ｒ２において分岐流流路３５を通過した分岐流をさらに分配し、少なくとも３つの吐出孔３３に供給する分配ブロック３６と、を有している。

内部障壁３４は幅方向の中央に配置され、分配ブロック３６よりも直胴部１０側であり、かつ、直胴部１０の下端より下に配置される。内部障壁３４は直胴部１０から供給される下降流（溶鋼）を各領域Ｒ１、Ｒ２（幅方向の一方側及び他方側）に分配する役割を有する。すなわち、内部障壁３４は溶鋼の１段階目の分配を実施する部材である。

分岐流流路３５は上述した通り、内部障壁３４の側面３４ｃと側壁３２との間に形成される。分岐流流路３５は、内部障壁３４によって分配された分岐流を流す流路である。分岐流は分岐流流路３５を通過した後、吐出孔３３から鋳型内に吐出される。分岐流はそのまま外側吐出孔３３ａａ、３３ｂａから吐出されるものもあるが、一部の分岐流は分配ブロック３６に衝突し、少なくとも３つの吐出孔３３に分配される。

分配ブロック３６は、内部障壁３４よりも底部３１側に配置される。分配ブロック３６は各領域Ｒ１、Ｒ２において分岐流流路３５を通過した分岐流をさらに分配し、少なくとも３つの吐出孔３３に供給する部材である。すなわち、分配ブロック３６は溶鋼の２段階目の分配を実施する部材である。「少なくとも３つの吐出孔３３」は、少なくとも内側吐出孔３３ａｂ、３３ｂｂ及びその分配ブロック３６が配置されている領域の外側吐出孔を意味する。例えば、領域Ｒ１に配置されている分配ブロック３６に着目すると、その分配ブロック３６が配置されている領域Ｒ１の外側吐出孔とは、外側吐出孔３３ａａである。

このように、吐出部３０はタンディッシュから供給される溶鋼に対し２段階の分配を実施し、各吐出孔３３から吐出する溶鋼の流量を平均化し、偏りを抑制している。すなわち、吐出部３０は、内部障壁３４を用いた第１段階目の流量分配によって流量の偏りが生じた場合にも、分配ブロック３６を用いた第２段階目の流量分配によって、その流量分配の偏りを補正することができる。

しかしながら、単に内部障壁３４や分配ブロック３６を設けただけでは、十分に流量分配機能を発揮できない。そこで、浸漬ノズル１００では、次の特徴１～４を全て備えることを要する。これにより、浸漬ノズル１００は流量分配機能を十分に発揮することができる。

（特徴１）
浸漬ノズル１００は、分岐流流路３５のうち何れか一方を閉塞させた場合（例えば、領域Ｒ１の分岐流流路３５を閉塞させた場合。図３の破線で囲んだ楕円部分。）に、分岐流流路３５が閉塞された領域（例えば、領域Ｒ１）に配置されている内側吐出孔（例えば、内側吐出孔３３ａｂ）から吐出される溶鋼の流量が、分岐流流路３５が閉塞されていない領域（例えば、領域Ｒ２）に配置されている内側吐出孔（例えば、内側吐出孔３３ｂｂ）から吐出される溶鋼の流量よりも大きいという特徴１を有している。

これは、例えば領域Ｒ２に着目したとき、領域Ｒ２の分配ブロック３６に衝突した分岐流が、領域Ｒ２の内側吐出孔３３ｂｂよりも領域Ｒ１の内側吐出孔３３ａｂに主に供給されることを意味する。

浸漬ノズル１００がこのような特徴１を有することにより、浸漬ノズル１００は内部障壁３４を用いた第一段階の流量分配によって流量の偏りが生じた場合にも、分配ブロック３６を用いた第二段階の流量分配によって、その流量分配の偏りをさらに補正することができる。すなわち、浸漬ノズル１００は吐出流分配に対するセルフスタビライジング機能が付与されているといえる。このような特徴を有する浸漬ノズルによれば、鋳型内における溶鋼の流動の偏りをさらに抑制することができる。

浸漬ノズル１００が特徴１を満たす形態であるかどうかの判断は、実物大の水モデル実験を実施し、分岐流流路のうち何れか一方を閉塞させた場合に、分岐流流路が閉塞された領域に配置されている内側吐出孔から吐出される水の流量が、分岐流流路が閉塞されていない領域に配置されている内側吐出孔から吐出される水の流量よりも大きいことを確認することにより可能である。溶鋼と水の動粘度がほぼ等しいことから、浸漬ノズル内における溶鋼の流れ方と水の流れ方とは同様と見なせるためである。実験条件は、実際の操業条件と同じ流速／流量条件を採用する。例えば、直胴部１０を通過する下降流の流速を、実際の操業条件と同じ条件に設定する。また、浸漬ノズル１００に水を流す時間は少なくとも１分とする。これにより、特徴１を有するか否かを精度よく確認することができる。

水モデル実験における分岐流流路３５の閉塞方法は特に限定されないが、例えば分岐流流路３５の横断面形状に合わせたゴム栓等を用いて図３中に破線の楕円で示した領域を閉塞すればよい。

分岐流流路３５のうち何れか一方を閉塞させた場合に、分岐流流路３５が閉塞された領域に配置されている内側吐出孔から吐出される溶鋼の流量が、分岐流流路３５が閉塞されていない領域に配置されている内側吐出孔から吐出される溶鋼の流量に対し１．０倍超であってもよく、１．２倍以上であってもよく、１．３倍以上であってもよく、３倍以下であってもよく、２．１倍以下であってもよく、１．５倍以下であってもよい。

（特徴２）
浸漬ノズル１００は、各領域Ｒ１、Ｒ２において、外側吐出孔３３ａａ、３３ｂａを形成する壁面の角度から規定される外側吐出角度α１が下向４０°～下向７５°の間にあり、かつ内側吐出孔３３ａｂ、３３ｂｂを形成する壁面の角度から規定される内側吐出角度α２との関係が、（１）式を満たすという特徴２を有する。下向角度は幅方向に対する角度である（図３）。なお、吐出角度（外側吐出角度α１及び前記内側吐出角度α２）は、厚さ方向視において、右側の領域Ｒ２については幅方向に対して時計回りの角度であり、左側の領域Ｒ１については幅方向に対して反時計回りの角度である。
－５°≦α２－α１≦１５°・・・（１）

外側吐出角度α１、内側吐出角度α２は、軸中心Ｃを通る幅方向平面で分割された浸漬ノズル１００の断面形状から判断する。外側吐出角度α１は、外側吐出孔の対向する壁面の角度が同じ場合はその壁面の角度を採用し、外側吐出孔の対向する壁面の角度が異なる場合は、これらの角度の平均値を採用する。同様に、内側吐出角度α２は、内側吐出孔の対向する壁面の角度が同じ場合はその壁面の角度を採用し、内側吐出孔の対向する壁面の角度が異なる場合は、これらの角度の平均値を採用する。なお、外側吐出孔３３ａａ、３３ｂａ、内側吐出孔３３ａｂ、３３ｂｂは、溶鋼の出入りを容易にするために、孔の入口又は出口にテーパーあるいは曲面を有する場合がある。この場合、テーパーあるいは曲面を除いて、吐出角度を算出する。外側吐出角度α１、内側吐出角度α２は領域Ｒ１、Ｒ２毎に算出し、いずれの領域も式（１）を満たすことを要する。

鋳造速度３ｍ／ｍｉｎ以上の高速鋳造を前提としたとき、鋳型内湯面の波立ちを抑制する観点から、外側吐出角度α１を下向４０°以上とすることが望ましく、下向４５°以上であるとさらに望ましい。一方、過大な吐出角度は鋳型内流動の不安定さを招くので、外側吐出角度α１は下向７５°までにとどめることが望ましく、さらに望ましい上限値は下向６５°である。

加えて、外側吐出角度α１と内側吐出角度α２との関係は（１）式を満たすことが求められる。（１）式の意味は以下である。通常、吐出流を分散させ運動エネルギーを消散させる観点から、内側吐出角度α２は外側吐出角度α１よりも大きく設定される。本発明者らは、実験的ならびに数値解析的検討の結果、両吐出角度の値が近い方が、吐出流が互いに引き付け合い合流する傾向があることがわかった。本発明者らは、分配ブロック３６によるセルフスタビライジング機能にとって、外側吐出流と内側吐出流とが合流する傾向が有利に作用することを見出し、内側吐出角度α２と外側吐出角度α１との差は１５°以下であることが好ましいとした。同角度の差は１０°以下であるとさらに好ましい。一方、両者の差がマイナスすなわち内側吐出角度α２が外側吐出角度α１よりも小さく設定されると、吐出流の分散による運動エネルギー消散に不利となることから、両者の差の最小値は－５°とする。同最小値は０すなわち内側吐出角度α２と外側吐出角度α１とが同じ値にとどめることがより好ましい。

（特徴３）
浸漬ノズル１００は、外側吐出孔３３ａａ、３３ｂａから吐出される溶鋼の吐出流量Ｑ１と内側吐出孔３３ａｂ、３３ｂｂから吐出される溶鋼の吐出流量Ｑ２との関係が（２）式を満たすという特徴３を有している。
０．１≦Ｑ２／Ｑ１≦１．０・・・（２）

ここで、吐出流量Ｑ１は外側吐出孔３３ａａ、３３ｂａから吐出される流量の合計であり、吐出流量Ｑ２は内側吐出孔３３ａｂ、３３ｂｂから吐出される流量の合計である。

（２）式の第一の意味は、主要な吐出流は外側吐出孔３３ａａ、３３ｂａからのものであることが望ましく、内側吐出孔３３ａｂ、３３ｂｂからの吐出流量Ｑ２は外側吐出孔３３ａａ、３３ｂａからの吐出流量Ｑ１を超えないということである。鋳型内流動の安定性の観点から、吐出流の短辺凝固シェルへの明快な衝突パターンの形成が必要であることから、外側吐出孔３３ａａ、３３ｂａからの吐出流が主要であるべきなのである。むろん、同衝突流速が過大であることは、凝固シェルの再溶解を防止する観点から危険であり好ましくないが、流動パターンとしては短辺凝固シェルへ向かう明確なパターンを形成することが、より安定した流動を生む点で好ましいのである。

（２）式の第二の意味は、内側吐出孔３３ａｂ、３３ｂｂからの吐出流量Ｑ２は外側吐出孔３３ａａ、３３ｂａからの吐出流量Ｑ１に対して０．１倍以上を確保するということである。このことは、吐出流を内側吐出孔３３ａｂ、３３ｂｂへ分配し、鋳型内流動を静穏化するという本発明本来の目的に適うものである。

鋳型内流動の安定性を向上する観点から、Ｑ２／Ｑ１は０．２以上としてもよく、０．７以下としてもよく、０．５以下としてもよい。

吐出流量Ｑ１、Ｑ２は、実物大の水モデル実験を実施し、各吐出孔から吐出される水量を測定することにより、算出することができる。上述した通り、溶鋼と水の動粘度がほぼ等しいことから、浸漬ノズル内における溶鋼の流れ方と水の流れ方とは同様と見なせるためである。実験条件は、実際の操業条件と同じ流速／流量条件を採用する。例えば、直胴部１０を通過する下降流の流速を、同じ条件に設定する。また、浸漬ノズル１００に水を流す時間は少なくとも１分とする。これにより、特徴３を有するか否かを精度よく確認することができる。

（特徴４）
浸漬ノズル１００は、水平面に投影したときに、内部障壁３４の面積が直胴部１０の流路の面積よりも大きく、かつ、内部障壁３４のタンディッシュから供給された溶鋼を受ける側の面が凹部を備えているという特徴４を有している。

図６に、浸漬ノズル１００を水平面（幅方向及び厚さ方向から形成される面）上に投影した投影図であって、流路１１及び内部障壁３４に着目した図を示した。図６では、内部障壁３４の投影図の上に流路１１の投影図を重ねている。図６に示した通り、内部障壁３４の面積Ｓ３４は流路１１の面積Ｓ１１より大きく設定する。

内部障壁３４は下降流を各領域Ｒ１、Ｒ２（幅方向の一方側及び他方側）に適切に分配する観点から、厚さ方向において内部障壁３４と側壁３２との間が完全に閉塞されていてよい。言い換えると、内部障壁３４が吐出部３０の厚さ方向に亘って形成されていてよい。この場合、図６に示した通り、内部障壁３４の幅方向長さが流路１１の幅方向長さより長ければ、面積Ｓ３４は面積Ｓ１１より大きくなる。

このように、内部障壁３４の面積Ｓ３４を流路１１の面積Ｓ１１より大きく設定することにより、下降流の各領域Ｒ１、Ｒ２への分配の偏りを効果的に抑制することができる。より効果的に抑制する観点から、内部障壁３４の面積Ｓ３４は流路１１の面積Ｓ１１の１．１倍以上としてよく、１．３倍以上としてもよく、２倍以下としてもよく、１．５倍以下としてもよい。

また、内部障壁３４は、内部障壁３４のタンディッシュから供給された溶鋼を受ける側の面（上面３４ａ）が凹部３４ａａを備えている（図７参照）。内部障壁３４の上面３４ａが凹部３４ａａを備えることにより、分配される分岐流の流量の偏りを抑制することができる。すなわち、セルフスタビライジング機能を十分に高めることができる。例えば、内部障壁の上面が凹部を備えておらず例えば平坦であると、セルフスタビライジング機能は不十分となる。

本発明者らは凹部３４ａａによる効果について、次のメカニズムを推定している。すなわち、内部障壁３４に下降流が衝突し、下降流が各領域Ｒ１、Ｒ２に分岐流として分配される際に分岐流の流量に偏りが発生した場合、凹部３４ａａの側面部３４ａｃから底面部３４ａｂに渡る面に沿って流量の多い分岐流の一部が跳ね返され、跳ね返された溶鋼が流量の少ない分岐流に加わることにより、分岐流の流量の偏りを抑制することができると推定している。

凹部３４ａａは上面３４ａ全体に配置されていてもよく、上面３４ａの一部に配置されていてもよい。上面３４ａの一部に凹部３４ａａが配置されている場合、凹部３４ａａは幅方向の中央に配置されることが好ましい。

＜浸漬ノズル１００の具体的形態＞
浸漬ノズル１００は上記特徴１～４を有するように、各部材の形態が適宜設定される。特徴１～４を有する浸漬ノズルの形態は、各部材の形態（形状やサイズ等）を厳密に調整することにより達成されるものであるが、その形態は多岐に渡り、全ての形態を説明することは困難である。以下、浸漬ノズル１００の各部材について具体的に説明するが、これらは単なる一例である。本発明の浸漬ノズルは上記特徴１～４を有していればよく、その具体的な形態は特に限定されるものではない。

まず、内部障壁３４の具体的な形態について説明する。図７に内部障壁３４の拡大図を示した。内部障壁３４は直胴部１０側の上面３４ａと、底部３１側の下面３４ｂと、上面３４ａ及び下面３４ｂを接続する側面３４ｃを有している。

上面３４ａは、上述の通り、内部障壁３４のタンディッシュ（直胴部１０）から供給された溶鋼（下降流）を受け止める側の面であり、上面３４ａは凹部３４ａａを有している。凹部３４ａａは底面部３４ａｂ、底面部３４ａｂの両端部から延びる側面部３４ａｃ、直胴部１０側に開口している開口部３４ａｄを有する。

凹部３４ａａと流路１１とは次の関係を有していてもよい。すなわち、水平面上に投影した凹部３４ａａの面積Ｓ３４ａａ（開口部３４ａｄの面積）は、流路１１の面積Ｓ１１に対してある割合以上の大きさを確保するのがよい。これにより、十分に分岐流の流量の偏りを抑制する効果を得ることができる。例えば、凹部３４ａａの面積Ｓ３４ａａは流路１１の面積Ｓ１１の０．７倍以上としてよく、０．９倍以上としてよく、１．５倍以下としてよく、１．２倍以下としてよい。凹部３４ａａの面積Ｓ３４ａａが過剰に大きくなるとノズル全体が無用に大きくなるので好ましくない。

凹部３４ａａの深さ（底面部３４ａｂから開口部３４ａｄまでの高さ方向の長さ）Ｈ３４ａａは特に限定されないが、１０ｍｍ以上でもよく、１５ｍｍ以上でもよく、３０ｍｍ以下でもよく、２０ｍｍ以下でもよい。凹部３４ａａの深さＨ３４ａａが１０ｍｍ未満であると、分岐流の流量の偏りを抑制する効果が低減する。凹部３４ａａの深さＨ３４ａａが３０ｍｍを超えると、ノズル外形寸法が無用に大きくなる虞がある。

底面部３４ａｂの面積Ｓ３４ａｂは特に限定されないが、凹部３４ａａの面積Ｓ３４ａａ（開口部３４ａｄの面積）以下としてもよい。例えば、底面部３４ａｂの面積Ｓ３４ａｂは凹部３４ａａの面積Ｓ３４ａａの０．９倍以下であってもよく、０．８倍以下であってもよく、０．５倍以上であってもよく、０．６倍以上であってもよい。

側面部３４ａｃは、底面３４ａｂに対して垂直に形成されていてもよく、傾斜を有していてもよい。側面３４ａｃが傾斜を有する場合、その傾斜は直線状であってもよく、曲線状であってもよい。

上面３４ａの一部に凹部３４ａａが配置されている場合、上面３４ａの端部と凹部３４ａａとの間に端面３４ａｅが配置される。端面３４ａｅは水平であってもよく、傾斜を有していてもよい。端面３４ａｅの傾斜は、内側に向かって高さが低くなってもよく、高くなってもよい。あるいは端面３４ａｅは、曲面であってもよい。

下面３４ｂは幅方向内側に向かって高さが低くなる傾斜部３４ｂａを有していてよい。後述の分配流路３６ｂを形成するために、傾斜部３４ｂａは分配ブロック３６の上面３６ａに対向する位置に配置されていてよい。図３、図７では、下面３４ｂの幅方向の両端部に傾斜部３４ｂａが配置されている。下面３４ｂは、傾斜部３４ｂａの下端高さを規定する水平面３４ｂｂを有していてもよい。あるいは、下面３４ｂは全て水平面３４ｂｂであってもよい。例えば、分配ブロック３６の上面３６ａから下面３４ｂの距離が大きいときには、傾斜部３４ｂａがなく下面全てが水平面３４ｂｂであっても構わない。下面３４ｂが全て水平面３４ｂｂである場合、水平面３４ｂｂと分配ブロック３６の上面３６ａとから分配流路３６ｂが形成される。

側面３４ｃは側壁３２と共に分岐流流路３５を形成する役割を有する。側面３４ｃの形状は特に限定されず、平面であってもよく、垂直な面であってもよく、傾斜した面であってもよく、曲面であってもよく、これらを組み合わせた形状であってもよい。また、側面３４ｃは幅方向の外側に向かって高さが低くなるよう傾斜していてもよい。これにより、分岐流を円滑に流すことができる。

次に、分岐流流路３５について説明する。分岐流流路３５は、上述した通り、内部障壁３４の側面３４ｃと側壁３２との間に形成される。分岐流流路３５の断面積Ｓ３５は特に限定されないが、直胴部１０の流路の面積Ｓ１１の０．５倍以上であってもよく、０．６倍以上であってもよく、０．８倍以上としてもよく、２倍以下としてもよく、１．２倍以下としてもよい。分岐流流路３５の断面積Ｓ３５とは、分岐流流路３５の最小断面積を指す。

分岐流流路３５の流路断面積は一定であってもよいが、分岐流流路３５はその流路断面形状が一定でない形態であってもよい。例えば、分岐流流路３５が先すぼまりの形態であってもよい。この場合であっても、分岐流流路３５の断面積Ｓ３５（最小断面積）は上記の範囲を満たすようにしてよい。このような分岐流流路３５は、側面３４ｃ及び／又は側壁３２の傾斜角度を調整することにより形成することができる。

続いて、分配ブロック３６について説明する。分配ブロック３６は、内部障壁３４よりも底部３１側であって、各領域Ｒ１、Ｒ２において分岐流流路３５を通過した分岐流をさらに分配し、各吐出孔３３に供給する部材である。

具体的には、内部障壁３４による第一段階の分配を経た分岐流のうち、領域Ｒ１に流れる分岐流に着目したとき、分配ブロック３６はさらに分岐流を外側吐出孔３３ａａ側と内側吐出孔３３ａｂ側とに分配する部材である。外側吐出孔３３ａａ側に分配された分岐流は外部吐出孔３３ａａを通って外部に吐出されるが、内側吐出孔３３ａｂ側に分配された分岐流は、さらに内側吐出孔３３ａｂと内部吐出孔３３ｂｂに分配され、それぞれの内側吐出孔を通って外部に吐出される。

分岐流の分配率は分配ブロック３６の形状によりコントロールすることができる。分配率をコントロールすることにより、流量分配の偏りを抑制することができる。以下、分配ブロック３６の形状について説明する。

図８に吐出部３０の底部３１側の拡大図を示した。図８に示した通り、分配ブロック３６は各領域Ｒ１、Ｒ２にそれぞれ配置されており、外側吐出孔と内側吐出孔とを分離する隔壁であり、底部３１の一部である。また、底部３１は２つの内側吐出孔３３ａｂ、３３ｂｂを分離する中央ブロック３７を有している。

分配ブロック３６は分岐流を分配する役割を有するため、分岐流と衝突する上面３６ａに特徴を有している。分配ブロック３６の側面及び下面は吐出孔の形状に応じて適宜設定してよい。図８では分配ブロック３６の断面形状は四角形である。

分配ブロック３６の上面３６ａは、部分３６ａａ、３６ａｂからなる。ただし、分配ブロック３６の形状はこれに限定されず、部分３６ａｂのみを有する形状であってもよいし、角度の異なる多くの平面を組み合わせて構成してもよいし、複雑な曲面から形成されていてもよい。

部分３６ａａ、３６ａｂは、例えば、次のように規定することができる。分配ブロック３６の上面３６ａの外側端部Ａ及び内側端部Ｂ結ぶＡ－Ｂ線分と、内部障壁３４の側壁３４ｃの延長線Ｌとが交わる点Ｄを規定したとき、部分３６ａａは内側端部Ｂと交点Ｄとの間の範囲であり、部分３６ａｂは外側端部Ａと交点Ｄとの間の範囲である。ただし、実際には、内部障壁の側壁３４ｃの形状や流路３５の形状によっては、上記規定は成立しない場合があり、分配ブロック３６の上面が曲面である場合にも上記規定は成立しない場合がある。そのような意味では、部分３６ａａと部分３６ａｂの範囲を幾何学的に厳密に定義することは難しいのであるが、ここでは説明の便宜上、上記規定を用いて説明する。

部分３６ａａは、内側吐出孔側に分配される分岐流の流路（分配流路３６ｂ）の形成に主に寄与する。分配流路３６ｂは内部障壁３４の下面３４ｂ（傾斜部３４ｂａ）と分配ブロック３６の上面３６ａとの間に形成され、分岐流を２つの内側吐出孔３３ａｂ、３３ｂｂに供給する。この際、例えば領域Ｒ１側の分配流路３６ｂに着目したとき、内側吐出孔３３ａｂよりも内側吐出孔３３ｂｂに分配される分岐流の割合を大きくするように、分配流路３６ｂの形状、内部障壁３４の下面３４ｂの形状、及び中央ブロック３７の上面形状を設定する。これにより、流量分配の偏りを補正することができる。

このような効果を奏する分配流路３６ｂは、例えば、分配流路３６ｂ流路を通る溶鋼の流れ（流線Ｆ）を、同じ領域の内側吐出孔３３ａｂの上を素通りして他の領域の内側吐出孔３３ｂｂへ向かうように、内部障壁３４、分配ブロック３６ならびに中央ブロック３７の形状を設定することで実現することができる。流線Ｆは、水モデル実験において流れを可視化するトレーサー（例えば微細気泡や墨汁）を流して主流の方向として確認できる。図８においては、内部障壁３４の傾斜部３４ｂａと分配ブロックの上面３６ａとの中線に近い流線を便宜的に描いているが、流線は幾何学的に求めるよりも実験的に求める性質のものである。

分配流路３６ｂの断面積Ｓ３６ｂは特に限定されないが、流路の面積Ｓ１１の０．３倍以上であってもよく、０．４倍以上としてもよく、１倍以下としてもよく、０．６倍以下としてもよい。分配流路３６ｂの断面積Ｓ３６ｂとは、分配流路３６ｂの最小断面積を指す。

部分３６ａｂは内部障壁３４によって分配された分岐流をさらに外側吐出孔側と内側吐出孔側に分配するときの分配率に寄与する。

上面３６ａの長さＬ３６ａ（点Ａ－Ｂ間）は特に限定されないが、例えば流路１１の幅方向の長さＷ１１の０．２倍以上でもよく、０．５倍以上でもよく、１．５倍以下でもよく、１．０倍以下でもよい。部分３６ａａの長さＬ３６ａａ（点Ｄ－点Ｂ間）と部分３６ａｂの長さＬ３６ａｂ（点Ａ－点Ｄ間）との比Ｌ３６ａａ：Ｌ３６ａｂは特に限定されないが、例えば１：４～３：２の間である。

上面３６ａの角度γ２（点Ａ、Ｂを通る直線と幅方向に沿った直線とがなす角度）は特に限定されず、流線Ｆに応じて適宜設定してよい。例えば、通常の設計では下向２０°から下向６０°の範囲になる。

なお、図８では分配ブロック３６の上面３６ａが平坦である形態を示したが、本発明はこれに限定されず、分配ブロックの上面３６ａは異なる角度を有する複数の平面の組み合わせであってもよいし曲面であってもよい。あるいは凹部を有していてもよく、凸部を有していてもよい。また、図８では分配ブロック３６が吐出部３０の底部３１と一体化している形態を示したが、分配ブロック３６は吐出部３０の底部３１から分離し底部３１の上方に独立して存在する構成となっていても構わない。

以上より、本発明の浸漬ノズルについて一実施形態を用いて説明した。本発明の浸漬ノズルは、内部障壁を用いた第一段階の流量分配によって流量の偏りが生じた場合にも、分配ブロックを用いた第二段階の流量分配によって、吐出孔から吐出する溶鋼の流量分配の偏りが補正される。また、特徴１～４を備えることにより、当該流量分配の偏りを顕著に補正し、鋳型内における溶鋼の流動の偏りを抑制することができる。

以下に実施例を用いて、本発明の浸漬ノズルについてさらに説明する。

実施例Ａ～Ｃ及び比較例Ｄ～Ｈの浸漬ノズルを図９～図１６に示した。図９～図１６は、各試験例の浸漬ノズルの幅方向縦断面図及び底面図を示している。また、実施例Ｂ～Ｃ及び比較例Ｄ～Ｇの浸漬ノズルは直胴部の下部から下端までの拡大図を示している（図１０～図１５）。これらの浸漬ノズルを用いて、次の実験を行った。なお、図中の長さおよび角度を表１にまとめて示す。これらの値は厚さ方向視における値である。凹部を有する内部障壁の端面３４ａｅの幅方向の長さはいずれも２ｍｍとした。Ｗ２は上述したＷ１１と同義である。Ｗ４は上述したＨ３４ａａと同義である。

［実験１］
＜実施例Ａ＞
実施例Ａは７７×３１ｍｍの矩形状断面を有する直胴部の流路の下に、最大幅９０．６ｍｍであって、凹部を有する内部障壁（凹部の幅７３ｍｍ、深さ１０ｍｍ）と、内部障壁に当たって左右に分かれた分岐流のそれぞれをさらに内側吐出孔（内側吐出角度６５°）及び外側吐出孔（外側吐出角度５５°）に分配する分配ブロックとを有する浸漬ノズルである。

ここで、実施例Ａの浸漬ノズルを水平面に投影したときの、内部障壁の面積は直胴部の流路の面積の１．１８倍である。また、直胴部の流路の水平投影面積に対する分岐流流路の断面積及び分配流路の断面積の倍率はそれぞれ０．５５倍、０．３８倍である。

実施例Ａの浸漬ノズルを用い、内部障壁の左側の破線楕円で示した領域（図９）を完全に閉塞した状態で水モデル実験を実施した。直胴部の流路内における下降流の流速が１．３ｍ／ｓとなる条件で水を浸漬ノズルに供給し、左右の内側吐出孔から吐出される水の流量を測定した。その結果、左側の内側吐出孔から吐出された水の流量が右側の内側吐出孔から吐出された水の流量に対して１．５倍であった。

また、分岐流流路を閉塞させずに上記と同じ流量条件で試験した結果、外側吐出孔からの吐出流量Ｑ１に対する内側吐出孔からの吐出流量Ｑ２の比Ｑ２／Ｑ１は０．２であった。

＜実施例Ｂ＞
実施例Ｂは、５６×３１ｍｍの矩形状断面を有する直胴部の流路の下に、最大幅７２．８ｍｍであって、凹部を有する内部障壁（凹部の幅５２ｍｍ、深さ１０ｍｍ）と、内部障壁に当たって左右に分かれた分岐流のそれぞれをさらに内側吐出孔（内側吐出角度６５°）及び外側吐出孔（外側吐出角度６０°）に分配する分配ブロックとを有する浸漬ノズルである。

ここで、実施例Ｂの浸漬ノズルを水平面に投影したときの、内部障壁の面積は直胴部の流路の面積の１．３０倍である。直胴部の流路の水平投影面積に対する分岐流流路の断面積及び分配流路の断面積の倍率はそれぞれ０．６４倍、０．５４倍である。

実施例Ｂの浸漬ノズルを用い、内部障壁の左側の破線楕円で示した領域（図１０）を完全に閉塞した状態で水モデル実験を実施した。直胴部の流路内における下降流の流速が２ｍ／ｓとなる条件で水を浸漬ノズルに供給し、左右の内側吐出孔から吐出される水の流量を測定した。その結果、左側の内側吐出孔から吐出された水の流量が右側の内側吐出孔から吐出された水の流量に対して１．３倍であった。

また、分岐流流路を閉塞させずに上記と同じ流量条件で試験した結果、外側吐出孔からの吐出流量Ｑ１に対する内側吐出孔からの吐出流量Ｑ２の比Ｑ２／Ｑ１は０．５であった。

＜実施例Ｃ＞
実施例Ｃは、７７×３１ｍｍの矩形状断面を有する直胴部の流路の下に、最大幅８８．３ｍであって凹部を有する内部障壁（凹部の幅７３ｍｍ、深さ１０ｍｍ）と、内部障壁に当たって左右に分かれた分岐流のそれぞれをさらに内側吐出孔（内側吐出角度６５°）及び外側吐出孔（外側吐出角度５５°）に分配する分配ブロックとを有する浸漬ノズルである。

ここで、実施例Ｃの浸漬ノズルを水平面に投影したときの、内部障壁の面積は直胴部の流路の面積の１．１５倍である。直胴部の流路の水平投影面積に対する分岐流流路の断面積及び分配流路の断面積の倍率はそれぞれ０．５０倍、０．４４倍である。

実施例Ｃの浸漬ノズルを用い、内部障壁の左側の破線楕円で示した領域（図１１）を完全に閉塞した状態で水モデル実験を実施した。直胴部の流路内における下降流の流速が１．８ｍ／ｓとなる条件で水を浸漬ノズルに供給し、左右の内側吐出孔から吐出される水の流量を測定した。その結果、左側の内側吐出孔から吐出された水の流量が右側の内側吐出孔から吐出された水の流量に対して２．１倍であった。実施例Ｃの分配ブロック上面には２段階の角度が付与されており、右側の内側吐出孔から吐出された水の流量に対する左側の内側吐出孔から吐出された水の流量の比率が他の実施例に比べて高まる設計である。

また、分岐流流路を閉塞させずに上記と同じ流量条件で試験した結果、外側吐出孔からの吐出流量Ｑ１に対する内側吐出孔からの吐出流量Ｑ２の比Ｑ２／Ｑ１は０．３であった。

＜比較例Ｄ＞
比較例Ｄは、７７×３１ｍｍの矩形状断面を有する直胴部の流路の下に、最大幅９０．６ｍｍである内部障壁と、内部障壁に当たって左右に分かれた分岐流のそれぞれをさらに内側吐出孔（内側吐出角度６５°）及び外側吐出孔（外側吐出角度５５°）に分配する分配ブロックとを有する浸漬ノズルである。比較例Ｄは実施例Ａに対し内部障壁の凹部を無くした仕様である。

ここで、比較例Ｄの浸漬ノズルを水平面に投影したときの、内部障壁の面積は直胴部の流路の面積の１．１８倍である。また、直胴部の流路の水平投影面積に対する分岐流流路の断面積及び分配流路の断面積の倍率はそれぞれ０．５５倍、０．３８倍である。

比較例Ｄの浸漬ノズルを用い、内部障壁の左側の破線楕円で示した領域（図１２）を完全に閉塞した状態で水モデル実験を実施した。直胴部の流路内における下降流の流速が１．３ｍ／ｓとなる条件で水を浸漬ノズルに供給し、左右の内側吐出孔から吐出される水の流量を測定した。その結果、左側の内側吐出孔から吐出された水の流量が右側の内側吐出孔から吐出された水の流量に対して１．５倍であった。

また、分岐流流路を閉塞させずに上記と同じ流量条件で試験した結果、外側吐出孔からの吐出流量Ｑ１に対する内側吐出孔からの吐出流量Ｑ２の比Ｑ２／Ｑ１は０．３であった。

＜比較例Ｅ＞
比較例Ｅは、５６×３１ｍｍの矩形状断面を有する直胴部の流路の下に、最大幅５４ｍｍであって、凹部を有する内部障壁（凹部の幅４４ｍｍ、深さ１０ｍｍ）と、内部障壁に当たって左右に分かれた分岐流のそれぞれをさらに内側吐出孔（内側吐出角度６５°）及び外側吐出孔（外側吐出角度６０°）に分配する分配ブロックとを有する浸漬ノズルである。すなわち比較例Ｅは、実施例Ｂの内部障壁が小さい形態である。

ここで、比較例Ｅの浸漬ノズルを水平面に投影したときの、内部障壁の面積は直胴部の流路の面積の０．９６倍である。直胴部の流路の水平投影面積に対する分岐流流路の断面積及び分配流路の断面積の倍率はそれぞれ０．７２倍、０．６８倍である。

比較例Ｅの浸漬ノズルを用い、内部障壁の左側の破線楕円で示した領域（図１３）を完全に閉塞した状態で水モデル実験を実施した。直胴部の流路内における下降流の流速が２．５ｍ／ｓとなる条件で水を浸漬ノズルに供給し、左右の内側吐出孔から吐出される水の流量を測定した。その結果、左側の内側吐出孔から吐出された水の流量が右側の内側吐出孔から吐出された水の流量に対して１．１倍であった。

また、分岐流流路を閉塞させずに上記と同じ流量条件で試験した結果、外側吐出孔からの吐出流量Ｑ１に対する内側吐出孔からの吐出流量Ｑ２の比Ｑ２／Ｑ１は０．８であった。

＜比較例Ｆ＞
比較例Ｆは、５６×３１ｍｍの矩形状断面を有する直胴部の流路の下に、最大幅７２．８ｍｍであって、凹部を有する内部障壁（凹部の幅５２ｍｍ、深さ１０ｍｍ）と、内部障壁に当たって左右に分かれた分岐流のそれぞれをさらに内側吐出孔（内側吐出角度８０°）及び外側吐出孔（外側吐出角度６０°）に分配する分配ブロックとを有する浸漬ノズルである。

ここで、比較例Ｆの浸漬ノズルを水平面に投影したときの、内部障壁の面積は直胴部の流路の面積の１．３０倍である。直胴部の流路の水平投影面積に対する分岐流流路の断面積及び分配流路の断面積の倍率はそれぞれ０．６４倍、０．５４倍である。

比較例Ｆの浸漬ノズルを用い、内部障壁の左側の破線楕円で示した領域（図１４）を完全に閉塞した状態で水モデル実験を実施した。直胴部の流路内における下降流の流速が２ｍ／ｓとなる条件で水を浸漬ノズルに供給し、左右の内側吐出孔から吐出される水の流量を測定した。その結果、左側の内側吐出孔から吐出された水の流量が右側の内側吐出孔から吐出された水の流量に対して１．５倍であった。

また、分岐流流路を閉塞させずに上記と同じ流量条件で試験した結果、外側吐出孔からの吐出流量Ｑ１に対する内側吐出孔からの吐出流量Ｑ２の比Ｑ２／Ｑ１は０．６であった。

＜比較例Ｇ＞
比較例Ｇは、５６×３１ｍｍの矩形状断面を有する直胴部の流路の下に、最大幅７２．８ｍｍである内部障壁を有する。一方、比較例Ｇは、外側吐出孔と内側吐出孔との間に隔壁を有しているが、この隔壁を含む流路の構成は本発明に規定する吐出流量分配機能を有していない。その詳細は後述する。

ここで、比較例Ｇの浸漬ノズルを水平面に投影したときの、内部障壁の面積は直胴部の流路の面積の１．３０倍である。直胴部の流路の水平投影面積に対する分岐流流路の断面積及び分配流路の断面積の倍率はそれぞれ０．６４倍、０．５５倍である。

比較例Ｇの浸漬ノズルを用い、内部障壁の左側の破線楕円で示した領域（図１５）を完全に閉塞した状態で水モデル実験を実施した。直胴部の流路内における下降流の流速が１．８ｍ／ｓとなる条件で水を浸漬ノズルに供給し、左右の内側吐出孔から吐出される水の流量を測定した。その結果、左側の内側吐出孔から吐出された水の流量が右側の内側吐出孔から吐出された水の流量に対して０．８倍であった。

また、分岐流流路を閉塞させずに上記と同じ流量条件で試験した結果、外側吐出孔からの吐出流量Ｑ１に対する内側吐出孔からの吐出流量Ｑ２の比Ｑ２／Ｑ１は０．９であった。

実施例Ａ～Ｃおよび比較例Ｄ～Ｆは、内部障壁の左側領域を完全に閉塞した状態での実験結果において、左側の内側吐出孔から吐出された水の流量が右側の内側吐出孔から吐出された水の流量よりも大きかった。それに対し、比較例Ｇは左側の内側吐出孔から吐出された水の流量が右側の内側吐出孔から吐出された水の流量よりも小さかった。すなわち、比較例Ｇは分配ブロックを含む流路構造が、本発明に規定する吐出流量分配機能を有していない。

＜比較例Ｈ＞
図１６に示した比較例Ｈは、内部障壁を有さない浸漬ノズルである。比較例Ｈの形態は実施例Ａから内部障壁を除いたものであるが、内部障壁が無い結果として、分配ブロックと呼べる機能を有する部位も存在しない。比較例Ｈには内部障壁が無いことから、内部障壁の左右片側の流路を閉塞する上述の実験は行っていない。比較例Ｈは本発明の内部障壁や分配ブロックが生む各吐出孔への流量分配機能（セルフスタビライジング機能）を有していないので、ノズル上部の下降流が左右どちらかに偏った場合に、４つの吐出孔への分配比も直ちに片側へ偏る傾向があることが容易に推定できる。

［実験２］
次に、実施例Ａ～Ｃ及び比較例Ｄ～Ｈの浸漬ノズルを用いて、フルスケール水モデル実験を実施し、鋳型内流動の安定状況を評価した。図１７にフルスケール水モデル実験の概略図を示した。また、表２に実験条件を示した。

まず、絞りなしの水を注入するフルスケール水モデル実験を実施した。水の注入条件が絞りなしの場合、左右対称の下降流がノズル内に入ることから、左右への偏流は時間平均的にはほとんど生じない。一方、絞りなしの場合であっても、数１０秒から数分周期での左右への自励振動的な偏流のゆらぎ現象が生じる。従って、その揺らぎの程度を流速測定点における水平方向流速の変動の標準偏差を平均流速で除した値をパラメータに用いて評価した。このパラメータを流動安定指数とし、左右の流速測定点それぞれで計算した値の平均値を用いて評価した。流速測定時間は１条件あたり１５分とした。結果を図１８に示した。

図１８より、実験１において良好な結果が得られた実施例Ａ～Ｃは比較例Ｄ～Ｈに比べて流動安定指数が小さく、鋳型内の流動が安定していることが分かった。これは、浸漬ノズルが本発明に規定する機能を有する内部障壁及び分配ブロックおよびそれらを含む流路構造を備えることにより、浸漬ノズル内の流動の揺らぎに起因する一時的な偏流を抑制する効果が発揮され、その結果、鋳型内流動の揺らぎをも抑制しうることを示している。すなわち、本発明の浸漬ノズルは、吐出流分配に対するセルフスタビライジング機能を有し、流れの揺らぎに起因する一時的な偏流現象を抑制する効果を発揮することがわかる。

ここで、実施例Ａと比較例Ｄを比較すると、内部障壁が凹部を有する効果が明らかとなる。図１８より、実施例Ａは比較例Ｄに比べて結果が優れている。このことから、内部障壁が凹部を有することによりセルフスタビライジング機能がさらに向上すると言える。

実施例Ｂと比較例Ｅとを比較すると、これらの違いは、主に水平面に投影した上部流路の面積に対し、水平面に投影した内部障壁の面積がどの程度大きいかの違いである。図１８より、実施例Ｂは比較例Ｅよりも結果が優れていた。このことから、水平面に投影した内部障壁の面積が水平面に投影した上部流路の面積に対して大きいことが、セルフスタビライジング機能を高める点で重要であることがわかる。

実施例Ｂと比較例Ｆとを比較すると、これらの違いは、主に外側吐出孔と内側吐出孔の吐出角度差の違いである。図１８より、実施例Ｂは比較例Ｆよりも結果が優れていた。このことから、吐出角度の差が小さい本発明の実施例Ｂにおいては、各外側吐出流量に差異が生じ、その差異を各内側吐出孔からの吐出流量で補償するセルフスタビライジング機能が生じた際に、各内側吐出孔からの吐出流が直ちに各外側吐出孔からの吐出流に合流することによって、上記セルフスタビライジング機能が鋳型内流動の安定化に強く寄与することができると考えられる。

本発明のセルフスタビライジング機能を全く有さない比較例Ｈは、最も不安定な鋳型内流動を形成した。

次に、水の注入条件が左右非対称であり、ノズルの入口において左側１／２を閉止し、右側１／２のみを通って水がノズル内に流入する条件においてフルスケール水モデル実験を実施した。左右非対称の下降流は左右への偏流を引き起こすため、その偏流の流速測定点における水平方向流速の左右差の絶対値を水平方向流速の左右平均値で除した値をパラメータに用いて評価した。このパラメータを偏流指数とした。流速測定時間は１条件あたり１５分とした。結果を図１９に示した。

図１９より、実験１において良好な結果が得られた実施例Ａ～Ｃは比較例Ｄ～Ｈに比べ
偏流指数が小さく、鋳型内の流動が安定していることが分かった。これは、浸漬ノズルが本発明に規定する機能を有する内部障壁及び分配ブロックおよびそれらを含む流路構造を備えることにより、浸漬ノズル上部下降流の偏りに起因する時間平均的な偏流を抑制する効果が発揮され、その結果、鋳型内流動の偏りをも抑制しうることを示している。すなわち、本発明の浸漬ノズルは、吐出流分配に対するセルフスタビライジング機能を有し、外乱に起因する時間平均的な偏流現象を抑制する効果を発揮することがわかる。

ここで、実施例Ａと比較例Ｄを比較すると、これらは内部障壁が凹部を有するか否かの違いである。図１９より、実施例Ａは比較例Ｄに比べて結果が優れている。このことから、内部障壁が凹部を有することによりセルフスタビライジング機能が向上すると考えられる。

実施例Ｂと比較例Ｅとを比較すると、これらの違いは、水平面に投影した上部流路の面積に対し水平面に投影した内部障壁の面積がどの程度大きいかの違いである。図１９より、実施例Ｂは比較例Ｅよりも結果が優れており、水平面に投影した内部障壁の面積が水平面に投影した上部流路の面積に対して大きい場合、セルフスタビライジング機能が向上すると考えられる。

実施例Ｂと比較例Ｆとを比較すると、これらの違いは、主に外側吐出孔と内側吐出孔の吐出角度差の違いである。図１９より、実施例Ｂは比較例Ｆよりも結果が優れていた。このことから、吐出角度の差が小さい本発明の実施例Ｂにおいては、各外側吐出流量に差異が生じ、その差異を各内側吐出孔からの吐出流量で補償するセルフスタビライジング機能が生じた際に、各内側吐出孔からの吐出流が直ちに各外側吐出孔からの吐出流に合流することによって、上記セルフスタビライジング機能が鋳型内流動の左右バランスの維持に強く寄与することができると考えられる。

本発明のセルフスタビライジング機能を全く有さない比較例Ｈは、最も左右不均等な鋳型内流動を形成した。

以上の実験１、２で示された通り、本発明の浸漬ノズルは外乱による時間平均的な偏流現象、及び流れの揺らぎによって生じる自励振動的な偏流現象の両方に対し、セルフスタビライジング効果を発揮し、安定した鋳型内流動を維持することができる。

１０ 直胴部
１１ 流路
２０ 接続部
３０ 吐出部
３１ 底部
３２ 側壁
３３ 吐出孔
３３ａａ、３３ｂａ 外側吐出孔
３３ａｂ、２２ｂｂ 内側吐出孔
３４ 内部障壁
３４ａ 上面
３４ａａ 凹部
３４ａｂ 底面部
３４ａｃ 側面部
３４ａｄ 開口部
３４ａｅ 端面
３４ｂ 下面
３４ｂａ 傾斜部
３４ｂｂ 水平面
３４ｃ 側面
３５ 分岐流流路
３６ 分配ブロック
３６ａ 上面
３６ｂ 分配流路
３７ 中央ブロック
１００ 浸漬ノズル

Claims (1)

1. タンディッシュから供給された溶鋼を鋳型に吐出して、スラブを連続鋳造するためのスラブ連続鋳造用浸漬ノズルであって、
   前記浸漬ノズルは前記タンディッシュから供給された前記溶鋼を受け取る直胴部と、前記溶鋼を前記鋳型に供給する吐出部と、前記直胴部及び前記吐出部を接続する接続部とを備えており、
   前記浸漬ノズルは軸中心を通る厚さ方向平面で分割された２つの領域を備えており、
   前記吐出部は底部と、前記底部の外縁から高さ方向に延びる側壁とを有し、
   前記吐出部は４つの吐出孔を有しており、
   前記吐出孔は前記吐出部の前記底部であって、各前記領域において幅方向に並んで２つ配置されており、
   前記吐出部は、幅方向の中央に配置され、前記タンディッシュから供給された前記溶鋼を各前記領域に分配する内部障壁と、
   各前記領域の前記側壁及び前記内部障壁の間であって、前記内部障壁によって分配された前記溶鋼である分岐流が流れる分岐流流路と、
   前記内部障壁よりも前記底部側であって、各前記領域において前記分岐流流路を通過した前記分岐流をさらに分配し、少なくとも３つの前記吐出孔に供給する分配ブロックと、を有し、
   各前記領域に配置された２つの前記吐出孔のうち、幅方向外側に配置された前記吐出孔を外側吐出孔とし、幅方向内側に配置された前記吐出孔を内側吐出孔としたとき、
   前記分岐流流路のうち何れか一方を閉塞させた場合においては、前記分岐流流路が閉塞された前記領域に配置されている前記内側吐出孔から吐出される前記溶鋼の流量が、前記分岐流流路が閉塞されていない前記領域に配置されている前記内側吐出孔から吐出される前記溶鋼の流量よりも大きい特性を有し、
   各前記領域において、前記外側吐出孔を形成する壁面の角度から規定される外側吐出角度α１が下向４０°～下向７５°の間にあり、かつ前記内側吐出孔を形成する壁面の角度から規定される内側吐出角度α２との関係が（１）式を満たし、
   －５°≦α２－α１≦１５°・・・（１）
   前記外側吐出孔から吐出される前記溶鋼の吐出流量Ｑ１と前記内側吐出孔から吐出される前記溶鋼の吐出流量Ｑ２との関係が（２）式を満たし、
   ０．１≦Ｑ２／Ｑ１≦１．０・・・（２）
   前記浸漬ノズルを水平面に投影したときに、前記内部障壁の面積が前記直胴部の流路の面積よりも大きく、かつ、前記内部障壁の前記タンディッシュから供給された前記溶鋼を受ける側の面が凹部を備えていることを特徴とする、
   浸漬ノズル。
   なお、前記外側吐出角度α１及び前記内側吐出角度α２は、厚さ方向視において、右側の前記領域については幅方向に対して時計回りの角度であり、左側の前記領域については幅方向に対して反時計回りの角度である。